CC BY
62
УДК 621.395.74
Н. С. Мальцева Астраханский государственный технический университет
ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ КОММУТАЦИОННЫХ ПОЛЕЙ ДЛЯ СЕТЕЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫ1Х
Введение
Современный этап развития общества характеризуется высокими темпами роста объёма информации, подлежащей передаче, распределению и доставке. Резко возросли потребности пользователей услугами связи.
Необходимость в информатизации современного общества приводит к появлению совершенно новых поколений средств связи или принципиальному изменению уже существующих. Ключевым моментом, определяющим построение любой сети связи, являются коммутационные системы (КС). От них зависит не только развитие любой сети связи, но и надежность ее работы.
Важной характеристикой любой КС является скорость установления соединений. Эта характеристика зависит как от времени настройки системы, так и от архитектуры КС.
Существует множество вариантов построения коммутаторов, и каждый из них обладает рядом достоинств и недостатков.
Простую КС можно представить в виде прямоугольной решётки, составленной из точек коммутации так, как это показано на рис. 1.
1 '
2 ' N
л 1 1 М
Рис. 1. Матрица коммутации прямоугольного типа М
Эта КС соединяет любой из N входов с любым из М выходов. Коммутационная система имеет несколько физических портов для подключения устройств, соединяет входной и выходной порты на основании данных заголовка пакета и программы коммутации, хранящейся либо во внешних по отношению к коммутационному полю устройствах, либо в самих ячейках коммутации [1].
Коммутационная система может буферизировать информацию. Когда говорят о коммутаторе с буферизацией по входу, коммутаторе с буферизацией по выходу или коммутаторе с буферизацией в коммутационном поле, то это означает, что в данном узле производится основная буферизация ячеек.
Схемы Клосса и Харкевича
Схемы Клосса строятся на основе нескольких каскадов. Каждый каскад представляет собой матрицу коммутации. В качестве примера рассмотрим трёхкаскадную схему Клосса (рис. 2). В такой схеме входной каскад содержит Шп матриц коммутации размерами п х т, промежуточный каскад т матриц размерами г/г, где г = Шп, оконечный каскад имеет Шп коммутатором т/п. При N > 24 трёхкаскадная схема Клосса имеет меньшее число точек коммутации, чем матричная. При N >160 более экономичной становится пятикаскадная схема, которая получается разложением промежуточного каскада в аналогичную трёхкаскадную систему. При дальнейшем увеличении N более эффективной становится семикаскадная схема и т. д.
Рис. 2. Схема Клосса
Ещё один вариант построения многокаскадных схем - схема Харкевича, который предложил каждый матричный коммутатор исходной трёхкаскадной схемы заменять на аналогичную схему.
Схемам Клосса и Харкевича присущ ряд недостатков. Структура схемы с оптимальными параметрами зависит от числа входов/выходов N и для каждого конкретного N должна разрабатываться заново, что неудобно при реализации в виде СБИС. Построение схемы из каких-либо стандартных кроссовых схем приводит к увеличению числа точек коммутации. К недостаткам этих схем следует отнести и сложность настройки, т. к. неизвестен какой-либо алгоритм их настройки в пачечном режиме, кроме перебора всех возможных вариантов настройки. В этих схемах всегда существует возможность построить одно или более соединений между заданным входом и выходом. Поэтому для установления требуемого соединения необходимо осуществить перебор этих возможностей. Какой-либо децентрализованный метод настройки этих схем также неизвестен. В настоящее время в связи с развитием технологии возобновился интерес к исследованиям многокаскадных кроссовых схем.
Схема Кантора
Эта схема (рис. 3) имеет лучшую сценку сложности по сравнению со схемами Клосса и Харкевича. Ее достоинством является то, что почти вся схема, за исключением первого и последнего каскадов, имеет регулярную структуру и состоит из двоичных элементов. Первый и последний каскады состоят из кроссовых коммутаторов 2 х 2logN и 2logN х 2 соответственно. К недостаткам схемы следует отнести то, что неизвестен какой-либо алгоритм ее настройки, кроме перебора всех возможных вариантов соединений, число которых растет экспоненциально.
Рис. 3. Схема Кантора
Схема Бенеша
Схема Бенеша представляет собой трёхкаскадную схему Клосса с т = п, где каждый матричный коммутатор имеет размеры п х п (рис. 4). Для этих схем разработаны алгоритмы настройки, помимо прямого перебора, но время установления соединения также велико.
Рис. 4. Трёхкаскадная схема Бенеша
Для устранения одного из общих недостатков перечисленных схем предлагаются новые методы настройки - параллельная идентификация каналов связи и параллельный поиск каналов связи.
Параллельная идентификация каналов связи - это установление (образование) канала связи с помощью его идентификатора.
Параллельным идентификатором является совокупность имен промежуточных линий канала связи, т. е. многоразрядые коды всех промежуточных линий по пути следования информации от входа к выходу. Кроме того, параллельный идентификатор также присваивается конкретному каналу связи до его коммутации. Этот процесс происходит во внешнем устройстве по отношению к коммутационному полю.
Метод параллельного поиска предусматривает реализацию алгоритма параллельного поиска непосредственно на самом коммутационном поле путем перебора всех свободных каналов связи [2].
Выводы
Рассмотренные варианты архитектур КС обладают одним общим недостатком. Для этих систем неизвестны методы настройки, кроме прямого перебора свободных каналов связи. Предлагаются новые методы настройки - параллельная идентификация и параллельный поиск свободных каналов связи.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Назаров А. Н., Симонов М. В. Высокоскоростные асинхронные сети АТМ. - М.: Эко-Трендз, 1997.
2. Мальцева Н. С. Повышение качества обслуживания мобильных систем передачи данных методом параллельной идентификации свободных каналов связи в коммутационных системах // Рос. школа-конф. «Мобильные системы передачи данных» с участием молодых учёных и преподавателей: Материалы школы-конф. - М.: МИЭТ, 2006. - 112 с.
Статья поступила в редакцию 20.12.2006
THE PECULIARITIES OF THE SWITCHING FIELDS ARRANGEMENT FOR DATA NETWORKS
N. S. Maltseva
The purpose of the work is to examine the existing methods of the switching system arrangement for data networks, to define their values and defects. The subject of the research is a switching system for data networks. The existing switching systems are analyzed. Amongst them there are Clos, Harkevich, Kan-tor, Benesh switching networks. The advantages and the disadvantages are described. The switching system which meets the requirements of data transfer networks is offered. This switching system is based on the switching matrix.
